測(cè)量磁性粒子積聚的方法和裝置的制作方法

專利名稱：測(cè)量磁性粒子積聚的方法和裝置的制作方法
背景技術(shù)：
原有技術(shù)的討論對(duì)于在有粒子存在的較大的混合物或溶液中，確定微小粒子的存在，如其濃度水平的方法曾給予了很多的注意。在一些情況下，希望測(cè)量某些有機(jī)化合物的非常低的濃度。例如，在醫(yī)學(xué)上，確定通常在溶液中的一種給定的分子的濃度是非常有用的。這種分子或者自然地存在于生理液體(例如血液或尿液)中，或者已被引入現(xiàn)存的系統(tǒng)中(例如藥品或污染物)。
一種廣泛采用的，用于檢測(cè)稱為被分析物的一種具體的感興趣的化合物的存在的方法是免疫測(cè)定法。免疫測(cè)定法是通過使用通常稱為反配合基(antiligand)或受體的第二種分子形式，來檢測(cè)一般稱為配合基的給定的分子形式。該受體具體地與第一種感興趣的化合物結(jié)合，感興趣的配合基的存在是通過直接或間接地測(cè)量或推斷配合基與反配合基結(jié)合的程度來檢測(cè)的。
在美國(guó)專利4537861(Elings等人提出)號(hào)中討論了幾種檢測(cè)和測(cè)量方法。該專利說明了在配合基和反配合基之間的結(jié)合反應(yīng)的溶液中，進(jìn)行均勻免疫測(cè)定的幾種方法。一般，該配合基和反配合基為一種抗原和一種抗體。Elings說明了由反配合基材料和配合基材料的單獨(dú)區(qū)域的空間組形成的一種空間圖形。該配合基材料散開，與反配合基材料的單獨(dú)區(qū)域的空間組互相作用，在該空間圖形的配合基和反配合基之間，產(chǎn)生結(jié)合反應(yīng)，而結(jié)合產(chǎn)生的合成物具有特殊的物理特性，并被標(biāo)號(hào)在帶有標(biāo)號(hào)的結(jié)合合成物積聚在空間圖形中以后，利用掃描設(shè)備進(jìn)行掃描實(shí)現(xiàn)，所希望的免疫測(cè)定。除了其它形式以外，該掃描器可以基于熒光物、光字灰度、光的散射、光的顏色和光的反射工作。
根據(jù)Elings的說明，該有標(biāo)號(hào)的結(jié)合合成物積聚在專門準(zhǔn)備的表面部分上，或一個(gè)透光的導(dǎo)管或容器內(nèi)。這種積聚是通過將局部磁場(chǎng)加在結(jié)合合成物包括磁性載體粒子的溶液上而實(shí)現(xiàn)的。磁性粒子的尺寸范圍為0.01～50微米。在通過磁學(xué)方法使結(jié)合的合成物積聚在溶液內(nèi)以后，可以使用上述的掃描方法。
在生物化學(xué)領(lǐng)域中，長(zhǎng)期以來都使用由磁鐵礦石與惰性的基體材料制成的磁性粒子。這些粒子的直徑為幾個(gè)納米至幾個(gè)微米，可以含有15％～100％的磁鐵礦石。這些粒子經(jīng)常被描述成超順磁粒子，或者在較大的尺寸范圍內(nèi)，則被描述成珠子。通常的方法是將粒子表面涂上一些生物活性材料，使這些粒子牢固地與特定的極微小的物體或感興趣的粒子(例如蛋白質(zhì)、病毒、細(xì)胞、DNA生成物)結(jié)合。這些粒子可成為物體可利用它進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的“手柄”，或者利用通常由一塊強(qiáng)的永久磁鐵形成的磁力梯度而不運(yùn)動(dòng)。這樣，Elings的專利是利用磁性粒子進(jìn)行標(biāo)記的一個(gè)例子。為此目的，商業(yè)上已擁有利用稀土磁鐵和鐵桿件制成的特殊結(jié)構(gòu)的附件。
雖然，實(shí)際上只利用這些磁性粒子來做結(jié)合物體運(yùn)動(dòng)或不動(dòng)，但已經(jīng)作了一些關(guān)于使用這種粒子作為檢測(cè)結(jié)合物體存在的標(biāo)記的實(shí)驗(yàn)。這種標(biāo)記通常是利用與感興趣的物體結(jié)合的放射性的、熒光的、或發(fā)磷光的分子來進(jìn)行的。因?yàn)樗衅渌臉?biāo)記方法都有各種嚴(yán)重的缺點(diǎn)，同此，如果很小的量都能檢測(cè)出來，則磁性標(biāo)記是非常有吸引力的。例如放射性的方法有健康和處理的問題。該方法的標(biāo)記速度還較慢。熒光或發(fā)磷光的方法受到其數(shù)量精度和動(dòng)態(tài)范圍的限制，因?yàn)榘l(fā)射出的光子可以被樣品中的其它材料吸收。關(guān)于這些可參見1988年4月21日公布的(Fujiwara等人提出)日本專利公告63-90765號(hào)。
因?yàn)閺拇判粤Ｗ臃浅Ｎ⑿〉捏w積上發(fā)出的信號(hào)過分地小，因此研究者們?cè)噲D建造基于超導(dǎo)量子干涉裝置(“SQUID”)的檢測(cè)器。在許多情況下，SQUID放大器是最靈敏的磁場(chǎng)檢測(cè)器。然而，使用這種方法有幾個(gè)重大的困難。由于SQUID的傳感器回路必須保持在低溫溫度下，因此必須將樣品冷卻，以便與這些回路非常緊密地耦合。這個(gè)過程使得測(cè)量不可接受地冗長(zhǎng)。SQUID的復(fù)雜性和低溫零件使其不適合用于廉價(jià)的臺(tái)式工具中。甚至基于所謂“高溫“超導(dǎo)體的設(shè)計(jì)也不能完全克服這些缺點(diǎn)，會(huì)帶來若干新的困難(參見Fujiwara等人的專利)。
有許多傳統(tǒng)的方法來檢測(cè)和確定磁性粒子的數(shù)量。這些方法包括某種形式的力的磁力測(cè)定法，這時(shí)樣品處于強(qiáng)大的磁力梯度中，而且一般通過監(jiān)測(cè)梯度改變時(shí)樣品表觀重量的改變來測(cè)量作用在樣品上的力。在ROHR提出的美國(guó)專利5445970和5445971號(hào)中，表示了這種方法的一個(gè)例子。一種較復(fù)雜的方法可以測(cè)量粒子對(duì)微切削加工的懸臂梁的偏轉(zhuǎn)或振動(dòng)的影響。關(guān)于這些可參見Baselt等人(海軍研究實(shí)驗(yàn)室)在“真空科學(xué)技術(shù)日?qǐng)?bào)雜志(J.Vac Science Tec.B.)”，第14卷，第二期，第五頁(1996年4月)上發(fā)表的文章“一種基于力的顯微鏡技術(shù)的生物傳感器(A Biosensor based on Force MicroscopeTechnology)”，這些方法都局限在基于將固有的磁效應(yīng)轉(zhuǎn)換為機(jī)械響應(yīng)。然后，必須將這種響應(yīng)與大量的其它機(jī)械效應(yīng)，例如振動(dòng)、粘度和浮力區(qū)別開來。
一種廉價(jià)的、在室溫下工作的、能直接檢測(cè)和確定非常少量的磁性粒子數(shù)量的臺(tái)式工具會(huì)具有重要的實(shí)際用途。
磁性粒子或珠子，利用已知的方法與被分析物粒子連接，形成磁性樣品單體或磁性結(jié)合合成物。在一個(gè)夾持器的表面上放置確定好的磁性樣品單體標(biāo)本。該表面可以是平的。加上一個(gè)大振幅，高頻率的磁場(chǎng)，以激勵(lì)在樣品中的粒子，磁場(chǎng)使這些粒子表現(xiàn)得像是在激勵(lì)頻率下振動(dòng)的一個(gè)局域偶極子(localized dipole)。從樣品發(fā)出的磁場(chǎng)與傳感器——例如可制成梯度計(jì)結(jié)構(gòu)(這種形狀可使檢測(cè)線圈對(duì)用于激勵(lì)樣品的大的均勻磁場(chǎng)不敏感)的一組電感檢側(cè)線圈——緊密耦合。另外，線圈的幾何形狀設(shè)計(jì)成與樣品的空間圖形匹配，從而可提供大的響應(yīng)，這種響應(yīng)隨著樣品和線圈的相對(duì)位置不同而顯著變化。
在傳感器上感應(yīng)產(chǎn)生的電壓，由相敏檢側(cè)器放大和處理。從勵(lì)磁磁場(chǎng)本身發(fā)出的電感信號(hào)可以作為相位檢側(cè)器電路的參考信號(hào)。相位檢測(cè)器的輸出再經(jīng)過濾波和數(shù)字化處理。
通過使樣品相對(duì)傳感器運(yùn)動(dòng)，可以調(diào)制信號(hào)振幅。這可以濾去只是由于傳感器不平衡、勵(lì)磁磁場(chǎng)不均勻、電路中的相互影響、或任何其它并非由樣品本身產(chǎn)生的表觀信號(hào)(apparent signal)源。將相對(duì)于樣品位置的信號(hào)振幅的數(shù)字化形狀與使用相應(yīng)的曲線擬合法得出的理論響應(yīng)形狀比較。在存在固有的儀器噪聲和漂移情況下，可提供對(duì)樣品中的磁性成份含量的非常精確的估計(jì)。
詳細(xì)說明現(xiàn)參見附圖，更具體地說，參見其中的

圖1和圖3。圖中表示了本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例。
I.讀出器組件讀出器組件包括幾個(gè)不同的子系統(tǒng)。這些子系統(tǒng)包括一個(gè)帶有運(yùn)動(dòng)控制的樣品夾持器，供測(cè)量用的磁性結(jié)合(magnetic bond)合成物樣品放在該夾持器中，該夾持器可在系統(tǒng)內(nèi)作必要的相對(duì)運(yùn)動(dòng)；一個(gè)磁化器或磁場(chǎng)源將激勵(lì)信號(hào)加在樣品上；諸如檢測(cè)線圈一類的傳感器，作為在樣品中產(chǎn)生的信號(hào)的信號(hào)傳感器；一個(gè)勵(lì)磁電路將勵(lì)磁電流供給磁場(chǎng)源的線圈；一個(gè)放大器/相位檢測(cè)器/數(shù)字轉(zhuǎn)換器與所述傳感器連接，以接收和處理輸出信號(hào)；一塊微型計(jì)算機(jī)芯片在外部個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)和該讀出器組件之間，提供雙向通信。
A.樣品運(yùn)動(dòng)控制為了形成磁性結(jié)合合成物樣品，利用常規(guī)方法生成磁性鍵(magnetic bond)而使磁性粒子結(jié)合到被分析物粒子或目標(biāo)粒子上。被分析物粒子可以包括原子、單獨(dú)的分子和生物細(xì)胞。應(yīng)當(dāng)指出，術(shù)語“目標(biāo)粒子”和“被分析物粒子”基本上可以互換使用。還應(yīng)指出，術(shù)語“目標(biāo)”不局限于DNA重組細(xì)胞技術(shù)領(lǐng)域中所使用的該術(shù)語的定義。
磁性結(jié)合合成物樣品以幾個(gè)至幾百個(gè)粒子積聚的形式，放置在樣品夾持器(例如圖3所示圓盤12)周邊附邊的若干預(yù)定位置11上。其它可替代的樣品夾持器包括橫向膜片塑料帶或利用橫向流動(dòng)但沒有膜片的夾持器。下面會(huì)更詳細(xì)地說明使用橫向流動(dòng)膜片的一個(gè)實(shí)施例。
另一種形式的樣品夾持器可以使用微型射流。微型射流系統(tǒng)可有一個(gè)樣品檢測(cè)腔和相應(yīng)的通道。通過改變壓力，可使樣品在檢測(cè)腔作進(jìn)或出的運(yùn)動(dòng)。例如，在圖9中表示了具有一個(gè)輸入通道152的微型射流系統(tǒng)151。輸入通道152與混合腔164連接。多個(gè)試劑腔154、156和158用于容納各種化學(xué)藥品或試劑。如下所述，如果希望的話，這些試劑腔也可容納磁性粒子。在周邊附近或另外的地方，可以設(shè)置一個(gè)樣品分析腔166。該腔位于預(yù)先確定的位置，該位置就是進(jìn)行樣品磁性測(cè)量的地方。因此，樣品夾持器的形狀，必須使傳感器和磁場(chǎng)源能進(jìn)入該腔。另外，磁性測(cè)量也可如在本說明書別處所述的那樣來進(jìn)行。在磁性測(cè)量以后，可進(jìn)行進(jìn)一步處理。由于這個(gè)原因，可以設(shè)置一個(gè)測(cè)量腔168，該腔可以有自己的試劑腔。如果希望，可以設(shè)置更多的試劑腔。也可以設(shè)置一個(gè)任選的輸出或出口通道162。如果裝置只是一個(gè)一次性使用的裝置，可以不需要這種通道。為了方便起見，圖中沒有示出，但也可以設(shè)置各種壓力入口和閥，使得被分析物粒子、磁性粒子和試劑可以從一個(gè)腔至另一個(gè)腔往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
通過測(cè)量所結(jié)合的磁性粒子，可以定量地測(cè)量被分析物粒子。在微型射流系統(tǒng)中，作為被分析物粒子和磁性粒子結(jié)合物的樣品，可以通過輸入通道引入。另一種方案是，被分析物粒子可以通過輸入通道引入，而被分析物粒子和磁性粒子二者可以在混合腔164中結(jié)合和混合。
這個(gè)系統(tǒng)有許多變型。例如，傳感器可以直接放在微型射流芯片上，使其特別好地與分析區(qū)域匹配。在另一個(gè)變型中，芯片上的不同參數(shù)，例如溫度，可同時(shí)或不同時(shí)改變。溫度控制裝置可設(shè)在芯片上或芯片外，如在混合腔內(nèi)的激光加熱情況那樣?？梢岳斫?，這種系統(tǒng)需要一個(gè)光學(xué)窗口。可以改變的其它參數(shù)可以是影響磁性標(biāo)記(即磁性粒子或其與被分析物粒子的結(jié)合)存在或性質(zhì)的任何參數(shù)。
使結(jié)合合成物粘接在圓量上預(yù)定位置的方法是公知的，應(yīng)可采用標(biāo)準(zhǔn)工藝。圓盤安裝在向下延伸至蝸輪14的驅(qū)動(dòng)軸13上。相應(yīng)的回轉(zhuǎn)裝置(例如步進(jìn)電機(jī)16)有一根伸出的軸17，在該軸的遠(yuǎn)端有一個(gè)蝸桿15。電機(jī)根據(jù)從PCG6通過多條導(dǎo)線18送來的信號(hào)，控制圓盤12的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)然，如果希望的話，可以在PC和本發(fā)明的系統(tǒng)之間使用無繩連接。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，圓盤12的直徑約為47mm，厚度約0.25mm。該圓盤例如可用玻璃、塑料或硅制造。從實(shí)用功能上考慮，圓盤的厚度范圍約為0.1～1.0mm。
在樣品夾持器為橫向流動(dòng)膜片的情況下，可將樣品夾持器制成是部分多孔的。這樣，被分析物粒子通過夾持器多孔部分的通道即會(huì)成為另一個(gè)可變參數(shù)。在這種情況下，磁性粒子可以與多孔的樣品夾持器結(jié)合。例如，被分析物粒子通過夾持器多孔部分的通道可能取決于粒子質(zhì)量或尺寸。因此，在該多孔部分內(nèi)粒子的位置可能與質(zhì)量有關(guān)或與尺寸有關(guān)。當(dāng)被分析物粒子通過多孔的樣品夾持器時(shí)，該粒子可優(yōu)先并以預(yù)定的方式而與磁性粒子結(jié)合。于是即可利用本實(shí)施例的裝置，用磁性方法來測(cè)量包含與磁性粒子結(jié)合的被分析物粒子的結(jié)合樣品?？梢岳美缂夹g(shù)上已知的過濾器來代替夾持器的多孔部分。根據(jù)工藝要求，可以選擇過濾器以用于合適質(zhì)量或尺寸的粒子。
例如，參見圖7，圖中表示了一個(gè)橫向流動(dòng)膜片101。被分析物粒子可以灌注至一個(gè)釋放墊座(release pad)102中，然后再進(jìn)入一個(gè)流動(dòng)膜片103中。粒子再通過毛細(xì)管作用而流過膜片，并通過放置著所結(jié)合的磁性粒子的測(cè)試管路106。還可以設(shè)置一個(gè)控制管路108。最后，如果希望的話，可在下游設(shè)置一個(gè)吸收墊座104，用于收集未結(jié)合的被分析物粒子。
在工作中，該測(cè)試管路可以包括涂有能與感興趣的被分析物材料結(jié)合的材料的膠體狀鐵(colloidal iron)粒子。這樣，該測(cè)試管路可優(yōu)先收集被分析物粒子。控制管路108可具有已知數(shù)量的膠體狀鐵，以用于標(biāo)定或其它目的。應(yīng)當(dāng)知道，這種橫向流動(dòng)膜片可以用(舉例來說)一個(gè)凝膠電泳測(cè)試區(qū)代替，在這種情況下，樣品不是不動(dòng)的，而可以運(yùn)動(dòng)通過檢測(cè)區(qū)域。
樣品夾持器還可采用參考裝置(例如通過條形碼)來提供獨(dú)特的機(jī)器可讀的標(biāo)記，以辨識(shí)或定位單獨(dú)的區(qū)域或多個(gè)區(qū)域和與之相關(guān)的試驗(yàn)。參考裝置可在空間指示單個(gè)的分析區(qū)或多個(gè)分析區(qū)的位置，參考裝置可以方便地辨識(shí)磁性合成物材料的樣品。除了條形碼外，參考裝置還可使用磁條、微片，光學(xué)參考物等。為便于參考，該參考裝置可選擇與其相應(yīng)的樣品對(duì)齊。
計(jì)算機(jī)/CPU可以與磁性(試驗(yàn))信號(hào)一起，讀出參考信息，然后將試驗(yàn)結(jié)果顯示和存儲(chǔ)在相應(yīng)的文本中。例如，測(cè)量e.coli存在的試驗(yàn)結(jié)果，即可用一種不同于測(cè)試存在低聚核甙酸結(jié)合的試驗(yàn)的形式來顯示。由于可以專門為每一種試驗(yàn)準(zhǔn)備一塊基片，因此，這個(gè)信息可以作為條形碼在該基片上編碼，或利用一種上述方法編碼。
在這個(gè)實(shí)施例中，電機(jī)16通過一個(gè)120齒的蝸輪減速機(jī)構(gòu)來轉(zhuǎn)動(dòng)蝸輪14。蝸輪14通過軸13與圓盤12連接。當(dāng)然，也可以使用具有不同特點(diǎn)的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置。
磁場(chǎng)源21可由回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置(例如步進(jìn)電機(jī)22)驅(qū)動(dòng)，相對(duì)于圓盤12作直線運(yùn)動(dòng)。在電機(jī)軸24上有一根每轉(zhuǎn)一周走40圈的導(dǎo)螺桿23。凸臺(tái)25帶一個(gè)內(nèi)螺紋孔，導(dǎo)螺桿的螺紋與該內(nèi)螺紋接合?？刂菩盘?hào)通過多條導(dǎo)線26而從微型計(jì)算機(jī)65加到電機(jī)22上。這里還是將一個(gè)特定的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置作為一個(gè)示例而提出。可以使用具有不同特性的其它的相應(yīng)零件。
例如，雖然上述系統(tǒng)說明了磁場(chǎng)源相對(duì)于樣品夾持器作直線運(yùn)動(dòng)的情況，但還可使用樣品夾特器相對(duì)于磁場(chǎng)源運(yùn)動(dòng)的另一實(shí)施例。在后一個(gè)實(shí)施例中，樣品夾持器可以安裝在一根軸上，而且機(jī)械驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與圖3所示的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相似。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以可控制的方式將樣品夾持器移至磁場(chǎng)源的間隙中。
可以使用許多類型的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。這些驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括步進(jìn)電機(jī)、螺桿和電機(jī)裝置、液壓傳動(dòng)、磁驅(qū)動(dòng)裝置、操作者手動(dòng)使樣品夾持器相對(duì)于磁場(chǎng)源和相對(duì)于傳感器運(yùn)動(dòng)的裝置、壓力驅(qū)動(dòng)裝置、夾送輪輥、傳送帶系統(tǒng)等。
以上說明了使樣品夾持器從裝有樣品的位置(例如在一個(gè)圓盤上)向著由磁場(chǎng)源產(chǎn)生的磁場(chǎng)附近的位置的運(yùn)動(dòng)。在該系統(tǒng)中出現(xiàn)的另一種運(yùn)動(dòng)為樣品夾持器經(jīng)過傳感器的運(yùn)動(dòng)。可以產(chǎn)生各種運(yùn)動(dòng)來做到這點(diǎn)。例如，在傳感器和樣品夾持器之間，可允許二維運(yùn)動(dòng)。在圖3所示的實(shí)施例中表示了利用電機(jī)16進(jìn)行的一個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)(例如，沿著一段圓弧)。電機(jī)22的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)也可用來沿著另一個(gè)自由度移動(dòng)傳感器。另外，可以利用另一個(gè)電機(jī)，沿著同一個(gè)自由度來移動(dòng)樣品夾持器12。最后，應(yīng)當(dāng)指出，通過采用相應(yīng)的傳動(dòng)裝置，可以用同一個(gè)電機(jī)來形成上述的或不同的運(yùn)動(dòng)的綜合。
在另一個(gè)實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可以包括一個(gè)夾送輪輥，它抓住上面放有樣品的一條塑料帶，使該塑料帶以可控制的方式運(yùn)動(dòng)通過傳感器。該實(shí)施例在下列情況下特別有用；將樣品放在類似信用卡的塑料卡上的一條帶上，然后利用與ATM機(jī)上所用裝置相同的裝置，“抓住”該塑料卡，當(dāng)然，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可以是上述系統(tǒng)中的任何一種系統(tǒng)，以及其它的系統(tǒng)。
B.磁場(chǎng)源參見圖4，在所述實(shí)施例中，直徑大約為30mm的一個(gè)鐵氧體環(huán)形鐵芯31帶有大約為1.5mm寬的間隙32。勵(lì)磁線圈33在環(huán)形鐵芯31的大約270°角度范圍上與間隙對(duì)稱地繞成單層。反饋回路34在離開間隙(相反方向)大約180°的位置上，環(huán)繞該環(huán)形鐵芯體?；芈?4可以在線圈33外面，或在線圈33和環(huán)形鐵芯之間。根據(jù)反饋功能的需要并與反饋功能相適應(yīng)，反饋回路可以包括若干匝或許多匝。反饋回路的目的是檢測(cè)或表示間隙32中的磁場(chǎng)，并能使信號(hào)處理回路或輸出回路對(duì)變化(例如溫度漂移)進(jìn)行自行校正。這個(gè)回路可以用來提高精度，但對(duì)系統(tǒng)的工作不是必不可少的。
還可以使用各種各樣其它的磁場(chǎng)源。例如，大多數(shù)情況下都使用電磁鐵，電磁鐵可以例如是環(huán)形鐵芯或所謂的“E型鐵芯”。E型鐵芯是磁鐵采用的形狀為“E”字形(參見圖8)。在E型鐵芯中，“E”字的中間部分比兩邊部分短。參見圖8，二個(gè)E型鐵芯112和112’的開放側(cè)彼此相對(duì)地放置。在二個(gè)較短的中間部分之間。形成一個(gè)小的間隙114。在塑料帶116上的樣品可以放置在這個(gè)小間隙中。用于測(cè)量磁化強(qiáng)度振蕩的傳感器可以放在一個(gè)單獨(dú)的基片118上(該基片118也位于小間隙中)，或者還可將其置于較短中間部分的一個(gè)或二個(gè)端部上。在任何一個(gè)實(shí)施例中，實(shí)際上傳感器都可以設(shè)置在一個(gè)極靴上，或設(shè)置在形成該間隙周邊的其它零件上。這樣，部件可以制作得更加模塊化，而且線圈的配置可以更為均勻和一致。
在其它實(shí)施例中，根本不需要間隙。參見圖10，單一一個(gè)極靴201上可以設(shè)置一個(gè)傳感器，或?qū)鞲衅鞣旁趩为?dú)一條帶上。在圖10中，傳感器表示成二個(gè)檢測(cè)線圈202和204。極靴可使磁場(chǎng)交變，并且如上所述，傳感器可以測(cè)量振蕩的磁化強(qiáng)度。
再回到圖3可看出，環(huán)形鐵芯磁場(chǎng)源組件安裝在可由玻璃纖維制成的絕緣殼體35中。殼體35有一條槽36，它與間隙32的位置相對(duì)應(yīng)。該槽間隙的形狀和結(jié)構(gòu)可以有選擇地容納回轉(zhuǎn)圓盤12的邊緣，并為檢測(cè)線圈基片提供空間。這點(diǎn)將在下面詳細(xì)說明。
C.傳感器利用傳感器來測(cè)量樣品的磁場(chǎng)強(qiáng)度。在這個(gè)實(shí)施例中，所用的方法是交流電量靈敏度法?？梢允褂迷S多形式的傳感器。在下面的實(shí)施例中，要說明以梯度計(jì)結(jié)構(gòu)連接的檢測(cè)線圈。應(yīng)當(dāng)指出，梯度計(jì)結(jié)構(gòu)并不是必須的，可以使用其它類型的傳感器。這些傳感器可以包括霍爾(HALL)傳感器、GMR傳感器或其它能夠測(cè)量磁場(chǎng)強(qiáng)度或磁通的這類傳感器。
現(xiàn)特別參見圖2、圖4和圖4A，絕緣基片41放在殼體35的槽36中并伸進(jìn)間隙32。焊片40、42設(shè)在基片41的近端，而傳感器(特別是檢測(cè)線圈43)安裝在鄰近基片41的遠(yuǎn)端處。最好該基片由蘭寶石或硅制成，而檢測(cè)零件為薄膜式銅線圈?？梢允褂脴?biāo)準(zhǔn)的薄膜制造方法來和制造基片和檢測(cè)線圈，這時(shí)每一個(gè)線圈的引入線和引出線在分開不同的層上。例如，可利用標(biāo)準(zhǔn)的光刻處理方法，在基片表面上制成輸入引線49，再將一層濺射的石英覆蓋在輸入引線上，然后同樣地鋪設(shè)線圈43和輸出引線44，并將一個(gè)石英保護(hù)層加在頂部?？梢酝ǔ７椒ㄟM(jìn)行各個(gè)層的連接。
反相串聯(lián)形成梯度計(jì)結(jié)構(gòu)的檢測(cè)線圈通過導(dǎo)電引線44和49而與焊片40和42連接，并通過雙絞線45而與信號(hào)處理電路連接。使用雙絞線有助于減少雜散信號(hào)或減少干擾的拾取。
在圖2所示的螺旋形中，線圈引線寬度大約為5微米，螺旋線引線之間的間距大約為10微米，檢測(cè)線圈引線的厚度大約為1微米，每一個(gè)制成后線圈的直徑大約為0.25mm。
將基片41作得較長(zhǎng)而窄，使焊片40、42離環(huán)形鐵芯間隙較遠(yuǎn)，可以減小在釬焊引線45中的雜散干擾的拾取。為了進(jìn)一步減少雜散信號(hào)或干擾的拾取，可以在連接區(qū)域周圍使用金屬屏蔽物46(圖4B)。該屏蔽物大致上是一個(gè)由銅制成的短的厚壁圓筒。該屏蔽物可進(jìn)行電氣屏蔽，并便于機(jī)械搬運(yùn)，但對(duì)于本發(fā)明的實(shí)施例的工作不是必不可少的。在導(dǎo)線連接以后，將基片的連接(近)端滑入槽50中。
圖5表示檢測(cè)線圈的另一個(gè)實(shí)施例。線圈47的平面形狀是拉長(zhǎng)的矩形。引線的尺寸大致與圖2所示的線圈相同，復(fù)合線圈寬度大約為0.25mm。線圈長(zhǎng)度大約為1～2mm，利用引線48、51將線圈與焊片52、53連接。
在另一個(gè)實(shí)施例中，可以使用二組線圈?？梢匀缟鲜瞿菢?，使用一組線圈來測(cè)量樣品的磁矩，可將另一組線圈在同一個(gè)基片內(nèi)用作參考組線圈。這個(gè)參考組線圈可以設(shè)置在與樣品組線圈相反的基片的側(cè)面上。在任何情況下，參考組線圈離開樣品應(yīng)足夠遠(yuǎn)，使參考組線圈不能檢測(cè)到樣品磁矩的效應(yīng)。利用該參考組線圈來測(cè)量從分析區(qū)(該分析區(qū)包含預(yù)定量的磁性材料或作為參考的被分析物)所發(fā)出的信號(hào)的強(qiáng)度。通過將樣品組線圈所檢測(cè)的磁場(chǎng)與參考組線圈所檢測(cè)的磁場(chǎng)加以比較，可以更精確地測(cè)量樣品的磁矩。為了提供另一個(gè)參考，可將標(biāo)準(zhǔn)磁鐵作為樣品之一。當(dāng)測(cè)量這樣一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣品時(shí)，可以利用測(cè)量結(jié)果來標(biāo)定該系統(tǒng)，以供將來或先前測(cè)量用。這種標(biāo)定可以顯著減少系統(tǒng)中的噪聲。自動(dòng)標(biāo)定也可用于這種系統(tǒng)，這時(shí)利用信號(hào)之間的差別，將信號(hào)減少至零。
D.勵(lì)磁電路圖4左側(cè)所示的磁體勵(lì)磁電路是圍繞著二個(gè)大電流的高速動(dòng)算放大器54、55建立的。利用變壓器初級(jí)繞組56提供助的電力，放大器可產(chǎn)生超過大約1安的勵(lì)磁電流，使勵(lì)磁線圈33在大約200kHz下磁化。這個(gè)勵(lì)磁電路是高度平衡的，以減少在檢測(cè)回路或線圈43、47中對(duì)共模噪聲(common-mode noise)的拾取。
在磁化線圈周圍與回路34連接的小的次級(jí)繞組57為運(yùn)算放大器54和55提供一個(gè)反饋電壓，以維持在調(diào)節(jié)好的振幅和頻率下的振動(dòng)，這個(gè)次級(jí)繞組57還為下面所述的相位檢測(cè)器電路提供一個(gè)最優(yōu)的參考信號(hào)。
本實(shí)施例說明了作為供磁性粒子和被分析物粒子的合成物用的勵(lì)磁源的一個(gè)交變磁場(chǎng)。在一個(gè)單獨(dú)的實(shí)施例中，該勵(lì)磁源可以是非正弦的，例如，可以是勵(lì)磁脈沖(field pulse)或方波。還可使用各種各樣的其它波形。
E.放大器/相位檢測(cè)器/數(shù)字轉(zhuǎn)換器雖然使用分立元件可取得更好的噪聲性能，但低噪聲集成檢測(cè)放大器是這種電路的基礎(chǔ)。放大器61變壓器耦合(transformer couple)到檢測(cè)線圈，用以減少共模噪聲信號(hào)和有助于方便地消除磁場(chǎng)源和傳感器中的不平衡。變壓器耦合是常規(guī)的，處于放大器61中，圖中沒有特別說明。在另一個(gè)實(shí)施例中，放大器61可被設(shè)置在基片上的一個(gè)前置放大器代替或增強(qiáng)。換句話說，基片41可具有一個(gè)圖形化的(patterned)前置放大器，以便在相敏檢測(cè)步驟之前，改良從傳感器發(fā)出的信號(hào)。圍繞著一個(gè)專用集成電路而設(shè)計(jì)相敏檢測(cè)器62。相敏檢測(cè)器62可以是一個(gè)鎖相裝置或者還可以是其它類型的相敏裝置。相位檢測(cè)器的輸出加在低通濾波器63上，并隨后在A/D轉(zhuǎn)換器64中被數(shù)字化，該轉(zhuǎn)換器例如可以是高分辨率的、20位的sigma-delta轉(zhuǎn)換器。這種轉(zhuǎn)換器芯片在60Hz和50Hz時(shí)可濾去電源交流聲，這對(duì)提高儀器靈敏度非常有幫助。它已成為幾個(gè)制造廠商的暢銷產(chǎn)品。
F.微型計(jì)算機(jī)微型計(jì)算機(jī)65包括一個(gè)微處理品芯片(例如Motorola HC11)和一個(gè)內(nèi)置接口。將該接口插到PC的串行接口上，可支持與PC66的雙向串行通信。該微機(jī)還有專門的接口，用于與串行的(serial)A/D轉(zhuǎn)換器64和步進(jìn)電機(jī)16與22通信。直接編程到微型計(jì)算機(jī)65中的一種簡(jiǎn)單的指令語言可使PC發(fā)出指令并接收響應(yīng)與數(shù)據(jù)。
微型計(jì)算機(jī)65可以完成上述的許多功能。例如，微型計(jì)算機(jī)65可以配備有自己的相敏裝置，例如一個(gè)數(shù)字鎖定電路。這種微型計(jì)算機(jī)65可以獲取信號(hào)，使數(shù)據(jù)與噪聲分離并顯示結(jié)果。
G.人機(jī)界面PC給系統(tǒng)提供操作指令。PC則例如通過微型計(jì)算機(jī)的RS-232接口而使系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)。PC可以向顯示器提供測(cè)量結(jié)果。顯示器例如可以是計(jì)算機(jī)監(jiān)視顯示器或任何其它形式的計(jì)算機(jī)輔助讀出器。
II.系統(tǒng)的工作由包括樣品的磁性粒子合成物形成的邊界清楚的(well-defined)點(diǎn)或圖形，以較直接和已知的方式放置在圓盤12的靠近其周邊的一個(gè)或多個(gè)位置11上。根據(jù)從PC發(fā)出的控制信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)22通電，轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)螺桿23，使磁場(chǎng)源組件向著樣品圓盤12運(yùn)動(dòng)。當(dāng)在圓盤12的周邊邊緣附近的一個(gè)樣品位置11與傳感器——例如在環(huán)形鐵芯向隙32中間的檢測(cè)線圈43、47——對(duì)準(zhǔn)時(shí)，步進(jìn)電機(jī)22停止，將一個(gè)大振幅(例如1安)和高頻率(22kHz)的信號(hào)加在環(huán)形鐵芯勵(lì)磁線圈33上。再重復(fù)一下，雖然下面描述了檢測(cè)線圈，但應(yīng)當(dāng)理解，可以使用各種種樣的傳感器。從PC66發(fā)出的信號(hào)使步進(jìn)電機(jī)16通電，從而轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤并使樣品點(diǎn)運(yùn)動(dòng)通過檢測(cè)線圈。間隙32中大振幅和高頻率的磁場(chǎng)于是激勵(lì)在間隙中的樣品的磁性粒子。所加的電流用于勵(lì)磁環(huán)形鐵芯趨向飽和，造成間隙中的磁場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到大約1000奧斯特。磁力驅(qū)動(dòng)粒子以勵(lì)磁頻率振動(dòng)，如同一個(gè)局域偶極子。使磁性粒子緊密靠近檢測(cè)線圈，則發(fā)自樣品的磁場(chǎng)緊密地與梯度計(jì)結(jié)構(gòu)的檢測(cè)線圈耦合。因?yàn)闄z測(cè)線圈為梯度計(jì)結(jié)構(gòu)，所以由大而均勻的激勵(lì)磁場(chǎng)所產(chǎn)生的檢測(cè)線圈的輸出基本上沒有或?yàn)榱恪榱说玫阶畲蟮捻憫?yīng)，使檢測(cè)線圈的幾何形狀構(gòu)造為與樣品的空間圖形匹配。即樣品圖形點(diǎn)的橫向尺寸不大于大約0.25mm。響應(yīng)信號(hào)隨樣品與線圈的相對(duì)位置不同而明顯變化。
在有勵(lì)磁磁場(chǎng)和沒有樣品情況下，從檢測(cè)線圈發(fā)出的信號(hào)可以作為系統(tǒng)的信號(hào)處理部分的參考信號(hào)。當(dāng)樣品運(yùn)動(dòng)經(jīng)過另一個(gè)檢測(cè)線圈，然后經(jīng)過一個(gè)檢測(cè)線圈時(shí)，線圈輸出信號(hào)的相位顛倒180，如圖6所示，從而形成了非常有效的檢測(cè)方法。如圖6所示，輸出可表示為檢測(cè)線圈對(duì)于樣品相對(duì)于檢測(cè)線圈的位置的響應(yīng)。感應(yīng)電壓由放大器61放大，再由相位檢測(cè)器62處理。信號(hào)經(jīng)過濾波、數(shù)字化處理而通過微型計(jì)算機(jī)65傳送至PC，生成PC的輸出信號(hào)。指示器67可以是任何類型的可用裝置，它給系統(tǒng)操作者提供信息。指示器67可以是用數(shù)字或圖形的方法傳送信息的可視指示器，或者是各種發(fā)光系統(tǒng)、音響指示器、或這些或其它可能的指示器的綜合。
可使樣品相對(duì)于檢測(cè)線圈組運(yùn)動(dòng)來調(diào)制輸出信號(hào)的振幅。這可以濾去只由系統(tǒng)和外界輸入引起的，而不是由樣品本身引起的信號(hào)。將對(duì)應(yīng)于樣品位置的信號(hào)幅值的數(shù)字化的形狀與存儲(chǔ)在PC66中的理論響應(yīng)形狀進(jìn)行比較，該理論響應(yīng)形狀通過相應(yīng)的曲線擬合方法得出。這些擬合方法可以包括相敏方法，或其它能產(chǎn)生同樣結(jié)果的方法。這一運(yùn)算的結(jié)果是排除儀器固有的噪聲和漂移，對(duì)樣品中的磁性物質(zhì)含量得出非常精確的估計(jì)。
雖然已經(jīng)在上面說明了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但還應(yīng)提出一些可替代的地方。已經(jīng)表示了二種傳感器線圈形狀，但可以采用許多其它結(jié)構(gòu)。另外，如上所述，可以使用直接在一個(gè)或多個(gè)磁場(chǎng)源極靴上以圖形化(patterned)方法制成的傳感器。除了上述的線圈類型外，還可以使用各種其它傳感器。例如，可以使用平衡的霍爾傳感器，相應(yīng)結(jié)構(gòu)的這些傳感器可以產(chǎn)生與頻率無關(guān)的信號(hào)。其它可以方便地使用的傳感器包括大磁阻(GMR)傳感器、SQUID傳感器、磁阻傳感器等。
至于其它變型，以上所示的磁場(chǎng)源相對(duì)于樣品圓盤運(yùn)動(dòng)，但如希望的話，圓盤和連接的步進(jìn)電機(jī)可配置為相對(duì)于勵(lì)磁組件運(yùn)動(dòng)。以上所示的環(huán)形鐵芯的橫截面為矩形，但也可以用其它的橫截面形狀。至于在圓盤12上的點(diǎn)11中的樣品粒子數(shù)目，作為一個(gè)例子，一個(gè)0.25mm的樣品點(diǎn)可以包含大約10個(gè)尺寸為5微米的磁性粒子，或大約1200個(gè)尺寸為1微米的粒子。
本應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員知道，在所附權(quán)利要求書規(guī)定的精神和范圍內(nèi)，可對(duì)以上說明進(jìn)行改變和改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種能夠進(jìn)行次納克級(jí)樣品的定量磁性測(cè)量的裝置，該次納克級(jí)樣品包括被分析物粒子和磁性粒子(magnetically susceptible particle)的合成物(combination)，樣品按確定的圖形(defined pattern)排列，并放置在包含許多樣品的樣品夾持器中，該裝置包括一個(gè)磁場(chǎng)源，它將交變的磁場(chǎng)加在樣品上，該磁場(chǎng)源有一個(gè)樣品夾持器可放入其中的間隙。一個(gè)基本上為平的磁場(chǎng)傳感器，用于檢測(cè)樣品的感應(yīng)磁矩，并且該傳感器的結(jié)構(gòu)和配置可基本上消除所述磁場(chǎng)源對(duì)檢測(cè)的影響，所述磁場(chǎng)傳感器的輸出與輸出信號(hào)連通，該磁場(chǎng)傳感器基本上置于所述磁場(chǎng)源的間隙內(nèi)；和一個(gè)電子信號(hào)處理器，用于處理從所述磁場(chǎng)傳感器發(fā)出的輸出信號(hào)，提供一個(gè)能指示在所述圖形中的樣品的量的信號(hào)。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中該磁場(chǎng)傳感器為一個(gè)或多個(gè)感應(yīng)檢測(cè)線圈。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其中該感應(yīng)檢測(cè)線圈以梯度計(jì)結(jié)構(gòu)連接。
4.如權(quán)利要求2所述的裝置，進(jìn)一步包括與所述感應(yīng)檢測(cè)線圈隔開一段距離的一組參考線圈。
5.如權(quán)利要求2所述的裝置，其中該感應(yīng)檢測(cè)線圈為圓的螺旋線形狀。
6.如權(quán)利要求2所述的裝置，其中該檢測(cè)線圈為矩形形狀。
7.如權(quán)利要求1所述的裝置，進(jìn)一步包括一個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)以機(jī)械方式與至少一個(gè)樣品夾持器或所述傳感器連接，其中該驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)使該樣品夾持器和傳感器作相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
8.如權(quán)利要求1所述的裝置，進(jìn)一步包括使一個(gè)樣品夾持器和所述傳感器作相對(duì)運(yùn)動(dòng)的裝置。
9.如權(quán)利要求8所述的裝置，其中該裝置以機(jī)械方式與所述樣品夾持器或傳感器連接。
10.如權(quán)利要求7所述的裝置，其中該傳感器靜止不動(dòng)，而將所述驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)造和配置為可使所述樣品夾持器相對(duì)于該傳感器運(yùn)動(dòng)。
11.如權(quán)利要求7所述的裝置，其中該樣品夾持器靜止不動(dòng)，而將所述驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)造和配置為使所述傳感器相對(duì)于該樣品夾持器運(yùn)動(dòng)。
12.如權(quán)利要求7所述的裝置，其中該驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括一個(gè)夾送輪輥機(jī)構(gòu)。
13.如權(quán)利要求7所述的裝置，其中該驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括使該傳感器相對(duì)于該樣品夾持器運(yùn)動(dòng)的電機(jī)和導(dǎo)螺桿部件；以及使該樣品夾持器相對(duì)于所述磁場(chǎng)源運(yùn)動(dòng)的電機(jī)部件。
14.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中該磁場(chǎng)源包括帶有導(dǎo)磁鐵芯的電磁鐵，該導(dǎo)磁鐵芯具有延長(zhǎng)的極靴，其中該延長(zhǎng)的極靴上安裝著所述傳感器。
15.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中該磁場(chǎng)源包括帶有一個(gè)間隙(gap)的導(dǎo)磁鐵芯的電磁鐵。
16.如權(quán)利要求15所述的裝置，其中該傳感器以圖案化方法制作(pattemed)在該導(dǎo)磁鐵芯上。
17.如權(quán)利要求15所述的裝置，其中該磁場(chǎng)源包括；具有間隙的一個(gè)環(huán)形鐵芯；卷繞在該環(huán)形鐵芯周圍的一個(gè)勵(lì)磁線圈。
18.如權(quán)利要求17所述的裝置，其中該傳感器以圖案化方法制作在該間隙內(nèi)。
19.如權(quán)利要求15所述的裝置，其中該磁場(chǎng)源包括；二個(gè)E型鐵芯磁鐵，其中該E型鐵芯磁鐵的開放端大致彼此相對(duì)，并且其中所述間隙處于至少一組磁極之間；和一個(gè)圍繞各E型鐵芯卷繞的勵(lì)磁線圈。
20.如權(quán)利要求19所述的裝置，其中該傳感器以圖案化方法制作在所述間隙內(nèi)。
21.如權(quán)利要求15所述的裝置，進(jìn)一步包括與所述電磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)耦合的一個(gè)反饋回路，該反饋回路的輸出與所述信號(hào)處理器連接，因而，該信號(hào)處理器可以自行校正外界影響。
22.如權(quán)利要求17所述的裝置，其中該傳感器安裝在一塊基片上，該基片和傳感器可伸入該環(huán)形鐵芯間隙中。
23.如權(quán)利要求2所述的裝置，其中檢測(cè)線圈有二個(gè)并且安裝在一塊基片上。
24.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中該信號(hào)處理器包括；與所述傳感器的輸出連接的一個(gè)放大器；與該放大器連接，用于調(diào)制輸出信號(hào)的一個(gè)相敏檢測(cè)器；將輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式的一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器；和一臺(tái)用于接收數(shù)字信號(hào)并給所述裝置提供控制信號(hào)的計(jì)算機(jī)。
25.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中該信號(hào)處理器包括；一個(gè)與所述傳感器的輸出連接的放大器；一臺(tái)計(jì)算機(jī)，在其硬件或軟件內(nèi)可實(shí)現(xiàn)與該放大器連接，用于調(diào)制輸出信號(hào)的一個(gè)相敏檢測(cè)器；一個(gè)將輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式的模數(shù)轉(zhuǎn)換器；和一個(gè)控制器，用于接收數(shù)字信號(hào)，并為所述裝置提供控制信號(hào)。
26.如權(quán)利要求13所述的裝置，其特征為；該樣品夾持器為一個(gè)圓盤，在該圓盤上可以放置許多樣品標(biāo)本；和該電機(jī)和導(dǎo)螺桿部件包括一個(gè)步進(jìn)電機(jī)，可以預(yù)定的方式轉(zhuǎn)動(dòng)該圓盤。
27.如權(quán)利要求2所述的裝置，其中使該基片拉長(zhǎng)并在其近端上有焊片，導(dǎo)體與該焊片連接，用以從安裝在該基片遠(yuǎn)端上的所述檢測(cè)線圈輸入信號(hào)和對(duì)其輸出信號(hào)，該基片還包括在所述焊片和基片近端周圍的一個(gè)導(dǎo)電屏蔽物，用以減少雜散信號(hào)和減少干擾的拾取。
28.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中該磁場(chǎng)源構(gòu)造并配置為可加上交流電這樣的電源。
29.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中將該磁場(chǎng)源構(gòu)造并配置為可加上勵(lì)磁脈沖式的電源(power in field pulses)。
30.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中該磁場(chǎng)源上可加上方波脈沖式的電源(power in square wave pulses)。
31.如權(quán)利要求24所述的裝置，其中該放大器包括設(shè)置在該基片上的一個(gè)電路。
32.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中該傳感器包括至少一個(gè)霍爾傳感器。
33.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中該傳感器包括至少一個(gè)磁阻傳感器。
34.如權(quán)利要求33所述的裝置，其中該傳感器包括至少一個(gè)大(giant)磁阻傳感器。
35.如權(quán)利要求8所述的裝置，其中該樣品夾持器還包括一個(gè)設(shè)置其上的參考裝置。
36.如權(quán)利要求35所述的裝置，其中該參考裝置為條形碼。
37.如權(quán)利要求35所述的裝置，其中該參考裝置為一個(gè)磁條。
38.一種利用磁性粒子而對(duì)被分析物粒子進(jìn)行定量測(cè)量的方法，該方法包括將至少一個(gè)樣品標(biāo)本放在樣品夾持器上，該樣品標(biāo)本包括許多結(jié)合的合成物粒子(bound complex particle)，每個(gè)結(jié)合的合成物粒子包括與磁性粒子結(jié)合(combined)的被分析物粒子；產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)；用該磁場(chǎng)激勵(lì)標(biāo)本中的磁性粒子，引起其中的磁化強(qiáng)度振動(dòng)；檢測(cè)由該振動(dòng)的磁化強(qiáng)度所產(chǎn)生的磁場(chǎng)；并且生成代表所檢測(cè)磁場(chǎng)的信號(hào)。
39.如權(quán)利要求38所述的方法，其中所述檢測(cè)步驟包括利用一對(duì)連接成梯度結(jié)構(gòu)的檢測(cè)線圈來檢測(cè)磁場(chǎng)。
40.如權(quán)利要求38所述的方法，其中該樣品夾持器為一個(gè)回轉(zhuǎn)圓盤。
41.如權(quán)利要求40所述的方法，其中在周圍卷繞著一個(gè)勵(lì)磁線圈的環(huán)形鐵芯的間隙中產(chǎn)生所述磁場(chǎng)。
42.如權(quán)利要求41所述的方法，進(jìn)一步包括將成組的樣品標(biāo)本，互相隔開地圍繞著所述圓盤周邊的至少一部分放置；將該圓盤周邊運(yùn)動(dòng)至所述環(huán)形鐵芯的間隙中；和轉(zhuǎn)動(dòng)該圓盤。
43.如權(quán)利要求38所述的方法，其中該磁場(chǎng)在具有卷繞其上的勵(lì)磁線圈的環(huán)形鐵芯上產(chǎn)生，并且所述信號(hào)生成步驟由一個(gè)信號(hào)處理器完成，該方法進(jìn)一步包括將勵(lì)磁信號(hào)加在該勵(lì)磁紅圈上，產(chǎn)生該磁場(chǎng)；將代表所述勵(lì)磁線圈中勵(lì)磁信號(hào)的一個(gè)信號(hào)反饋至該信號(hào)處理器；和利用該反饋信號(hào)校正由外界影響產(chǎn)生的該信號(hào)處理器的誤差。
44.如權(quán)利要求43所述的方法，其中該勵(lì)磁信號(hào)為交流電信號(hào)。
45.如權(quán)利要求43所述的方法，其中該勵(lì)磁信號(hào)為勵(lì)磁脈沖(fieldpulse)。
46.如權(quán)利要求43所述的方法，其中該勵(lì)磁信號(hào)為方波。
47如權(quán)利要求38所述的方法，其中所述信號(hào)的生成包括顯示代表對(duì)應(yīng)于該樣品標(biāo)本相對(duì)位置(相對(duì)于所述傳感器位置)的信號(hào)。
48.如權(quán)利要求38所述的方法，進(jìn)一步包括利用一組參考線圈檢測(cè)所述磁場(chǎng)。
49.如權(quán)利要求38所述的方法，其中所述信號(hào)的生成包括使用相敏擬合方法。
50.如權(quán)利要求38所述的方法，進(jìn)一步包括將至少一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的樣品標(biāo)本放在一個(gè)樣品夾持器上；形成一個(gè)磁場(chǎng)；利用該磁場(chǎng)激勵(lì)在該樣品標(biāo)本中的磁性粒子，引起其磁化強(qiáng)度的振動(dòng)；檢測(cè)由該振動(dòng)的磁化強(qiáng)度所產(chǎn)生的磁場(chǎng)；生成代表所檢測(cè)磁場(chǎng)的信號(hào)；和基于該生成的信號(hào)來標(biāo)定所述傳感器。
51.一種計(jì)算機(jī)程序，其駐留在(residing on)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上，用于定量地測(cè)量與磁性粒子結(jié)合而形成結(jié)合合成物樣品的被分析物粒子，該計(jì)算機(jī)程序包括指令，使得一個(gè)裝置形成磁場(chǎng)；激勵(lì)與被分析物粒子結(jié)合并形成結(jié)合合成物樣品的磁性粒子，并引起其磁化強(qiáng)度的振動(dòng)；檢測(cè)由該振動(dòng)的磁化強(qiáng)度所產(chǎn)生的磁場(chǎng)；和生成代表所檢測(cè)磁場(chǎng)的信號(hào)。
52.一種利用磁性粒子來定量測(cè)量被分析物粒子的裝置，其包括一個(gè)樣品夾持器，其包括一個(gè)引入被分析物粒子的入口；一個(gè)被分析物粒子可通過其流動(dòng)的橫向流動(dòng)膜片(lateral flowmembrane)，該橫向流動(dòng)膜片包括一個(gè)包含許多結(jié)合的磁性粒子的一個(gè)預(yù)定區(qū)域，從而，流動(dòng)的被分析物粒子可以與該結(jié)合的磁性粒子結(jié)合；一個(gè)磁場(chǎng)源，其在該預(yù)定區(qū)域內(nèi)將一交變磁場(chǎng)加在樣品上；一個(gè)磁場(chǎng)傳感器，其具有傳遞輸出信號(hào)的輸出信號(hào)導(dǎo)線；和一個(gè)電子信號(hào)處理器，用于轉(zhuǎn)換從該傳感器發(fā)出的輸出信號(hào)，生成可以指示在該預(yù)定區(qū)域的樣品數(shù)量的信號(hào)。
53.一種利用磁性粒子來定量測(cè)量被分析物粒子的裝置，其包括一個(gè)微型射流樣品夾持器，其包括一個(gè)用于引入包含被分析物粒子的樣品粒子的輸入通道；和一個(gè)與該輸入通道連接的樣品分析腔；一個(gè)磁場(chǎng)源，其可將交變磁場(chǎng)加在該樣品分析腔中的樣品上；一個(gè)磁場(chǎng)傳感器，其具有傳遞輸出信號(hào)的輸出信號(hào)導(dǎo)線；和一個(gè)電子信號(hào)處理器，其轉(zhuǎn)換從該傳感器發(fā)出的輸出信號(hào)，提供一個(gè)指示在該樣品分析腔中樣品數(shù)量的信號(hào)。
54.如權(quán)利要求53所述的裝置，其中被分析物粒子與磁性粒子結(jié)合(combined)起來。
55.如權(quán)利要求53所述的裝置，進(jìn)一步包括至少一個(gè)試劑腔，其包含磁性粒子的溶液；和至少一個(gè)與該試劑腔和輸入通道連接的混合腔。
56.如權(quán)利要求53所述的裝置，進(jìn)一步包括一個(gè)通過一條通道與樣品分析腔連接的測(cè)量腔。
57.如權(quán)利要求56所述的裝置，進(jìn)一步包括與該樣品分析腔或測(cè)量腔中的一個(gè)腔連接的一輸出通道。
58.一種能夠進(jìn)行次納克級(jí)樣品的定量磁性測(cè)量的裝置，其包括一個(gè)樣品夾持器，其用于容納許多包括被分析物粒子和磁性粒子結(jié)合的標(biāo)本的樣品；一個(gè)磁場(chǎng)源，其將交變磁場(chǎng)加在該樣品上，該磁場(chǎng)源具有一個(gè)所述樣品夾持器可放入其中的間隙；一個(gè)基本上為平的磁場(chǎng)傳感器，其檢測(cè)樣品的感應(yīng)磁矩并構(gòu)造和配置為基本可消除所述磁場(chǎng)源對(duì)檢測(cè)的影響，該磁場(chǎng)傳感器具有與輸出信號(hào)連通的輸出，該磁場(chǎng)傳感器大體設(shè)置在所述磁場(chǎng)源的間隙內(nèi)；和一個(gè)電子信號(hào)處理器，其處理從該磁場(chǎng)傳感器發(fā)出的輸出信號(hào)，提供一個(gè)可指示標(biāo)本中樣品數(shù)量的信號(hào)。
59.一種能夠進(jìn)行次納克級(jí)樣品的定量磁性測(cè)量的裝置，其包括；一個(gè)樣品夾持器，其用于容納許多包括被分析物粒子和磁性粒子的結(jié)合的樣品；一個(gè)磁場(chǎng)源，其將交變磁場(chǎng)加在該樣品上，該磁場(chǎng)源具有一個(gè)所述樣品夾持器可放入其中的間隙，該間隙的寬度小于大約5mm；一個(gè)基本上為平的磁場(chǎng)傳感器，其檢測(cè)樣品的感應(yīng)磁矩并構(gòu)造和配置為基本可消除所述磁場(chǎng)源對(duì)檢測(cè)的影響，該磁場(chǎng)傳感器具有與輸出信號(hào)連通的輸出，該磁場(chǎng)傳感器大體設(shè)置在所述磁場(chǎng)源的間隙內(nèi)并具有一檢測(cè)區(qū)域，該檢測(cè)區(qū)域基本上與所述許多樣品的范圍相同，并且該檢測(cè)區(qū)域的尺寸比所述許多樣品與所述磁場(chǎng)傳感器之間的間隔大；和一個(gè)電子信號(hào)處理器，其處理從磁場(chǎng)傳感器發(fā)出的輸出信號(hào)，提供一個(gè)可指示標(biāo)本中樣品數(shù)量的信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種定量測(cè)量成組磁性粒子(11)的裝置。粒子(11)與要確定的物質(zhì)合成，并在磁場(chǎng)中被激勵(lì)。使磁性粒子的磁化強(qiáng)度在激勵(lì)頻率下以偶極子方式振動(dòng)，形成自己的磁場(chǎng)。這是磁場(chǎng)與至少一個(gè)傳感器電感耦合。該傳感器可以是例如制成梯度計(jì)結(jié)構(gòu)的檢測(cè)線圈(43)。從檢測(cè)線圈(43)發(fā)出的輸出信號(hào)被相應(yīng)地放大和處理，以提供有用的輸出指示(67)。
文檔編號(hào)G01N33/543GK1402833SQ00816386
公開日2003年3月12日 申請(qǐng)日期2000年11月29日 優(yōu)先權(quán)日1999年11月30日
發(fā)明者M·B·西蒙茲, K·G·詹森, J·H·迪德里赫斯, R·C·布萊克 申請(qǐng)人:量子設(shè)計(jì)公司